Python 3.11 的速度或将提高两倍

Python 3.11 将于 2022 年 10 月发布，Python 的作者 Guido Van Rossum（龟叔） 计划将 Python 的速度提高两倍，他未来四年的总体目标是将 Python 的速度提高五倍。

虽然 Python 是使用最广泛的计算机语言之一，但它更常用于数据分析等特定活动，而不是实际的交易软件。这是由于 Python 的抽象水平更高，这使得它作为解释语言的速度比 C++ 或 Java 等编译型语言慢。

想改变这一点。Van Rossum 在上一次 Python 语言峰会上表示，当 3.11 版本于 2022 年 10 月发布时，他计划将 Python 的速度提高两倍。

Van Rossum 的演示文稿[1]可在 Github 上找到，详细介绍了他计划如何做到这一点，为了方便你了解这一计划，我把文稿内容翻译如下：

香农计划

• 参与该计划 - github.com/markshannon/faster-cpython[2]
• 基于 “HotPy、HotPy2” 的经验
• 未来四年将 Python 的速度提升 5 倍，每年 1.5 倍
• 寻找基金会

感谢 Python

• 当我（Guido Van Rossum，下同）退休在家时我感到无聊
• 我向微软申请了职位，被雇用了
• 微软给了我充分的自由来发起项目
• 我选择回归本源
• 这就是微软回馈 Python 的方式

开放讨论、开源

• 已经组建了小团队（Eric Snow, Mark Shannon, Guido, 可能会扩大）
• 与核心开发人员完全开放的协作
• 保持 CPython 的增量更改
  • 没有长期存在的分叉/分支，6,000 行 PR 不足为奇
  • 我们也会负责维护和支持
• 一切都是开源的
  • 开放所有具体项目的仓库
  • 开放 GitHub 仓库上的所有讨论

限制

• 不破坏稳定的 ABI（应用程序二进制接口） 兼容性
• 不破坏有限的 API 兼容性
• 不打破或降低极端情况的运行速度
  • 例如，在堆栈上 push 1,000,000 个元素
• 保持代码可维护
• 这很难！

我们能做什么，不能做什么

• 不更改基础对象，类型布局
  • 例如，必须保持引用计数语义
• 可以改变字节码、栈帧布局
• 可以改变编译器、解释器
• 可以改变大多数对象的内部实现
  • 并非所有对象的布局都是公开的

3.11 如何提升 2 倍

• 自适应的、专门的字节码解释器
  • 与内联缓存类似，但更全面
• 各种其他单独的优化
  • 例如，优化帧堆栈，更快的调用，调整分配
  • “零开销”的异常处理
• 我们还不确定我们一定会达到 2 倍！
  • 但保持乐观和好奇

其他我们可以做的

• 提示启动时间
• 更改 pyc 文件格式
• 更快的整数
• 将 __dict__ 置于固定偏移量 (-1?)
• "隐藏的类"
• 标记号码（但... ABI 问题）

3.11 后的计划

• 取决于我们管理 3.11 的内容
• 5 倍加速，我们必须要有创意
• 我们的未来会有机器码生成
• 可能发展稳定的ABI/有限的API

谁受益比较大

• 运行 CPU 密集型纯 Python 代码的用户
• 使用 Python 构建网站的用户
• 碰巧使用 Python 工具的用户

谁受益不大

• 已经用 C 语言编写的代码
• numpy、tenserflow 等
• I/O 密集型任务
• 多线程代码
• 算法效率低下的代码

我们的东西在哪

• PEP 659：专业自适应的编译器
• repos：
  • 分析、基准测试等工具
  • 讨论跟踪
  • cpython 的 fork，用于暂存分支
  • github.com/faster-cpython/cpython
  • github.com/faster-cpython/ideas
  • github.com/faster-cpython/tools

最后

总结一下，也就是自适应字节码解释器、帧堆栈优化、“零开销”异常处理，这些可能会让 Python 的速度翻一番，未来的更改可能包括坚实的 ABI（应用程序二进制接口）或机器代码生成，以进一步提高 Python 的性能。

相信龟叔，让我们拭目期待吧。

参考资料

[1]

文稿: https://github.com/faster-cpython/ideas/blob/main/FasterCPythonDark.pdf

[2]

github.com/markshannon/faster-cpython: https://github.com/markshannon/faster-cpython